CH655092A5 - METHOD FOR PRODUCING BRANCHED POLYCATIONIC CONNECTIONS. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Verbindungen, die eine Mehrzahl von quaternären Ammoniumgruppen enthalten. The present invention relates to processes for the preparation of compounds containing a plurality of quaternary ammonium groups.
Aus der DE-OS 1 795 392 sind bifunktionale Verbindungen der Formel (I) bekannt, DE-OS 1 795 392 discloses bifunctional compounds of the formula (I)
Z CH; Z CH;
f1 f1
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-Y- -Y-
R2 AV R2 AV
© ©
CHjj—Z CHjj-Z
( I ) (I)
worin wherein
Z CH2-CH-, CH2Cl-CHOH- oder CH2Br-CHOH-, Z CH2-CH-, CH2Cl-CHOH- or CH2Br-CHOH-,
\/ \ /
O O
R.! und R2 unabhängig voneinander Alkyl(Ci_5) oder Hydroxyalkyl(C2_5), R.! and R2 independently of one another alkyl (Ci_5) or hydroxyalkyl (C2_5),
Y Alkylen(C2_«), 2-Hydroxy-l,3-propyIen, -CH2CH2NHCONHCH2CH2- oder -CH2CH2CH2NHCONHCH2CH2CH2- Y alkylene (C2_ «), 2-hydroxy-1,3-propylene, -CH2CH2NHCONHCH2CH2- or -CH2CH2CH2NHCONHCH2CH2CH2-
Aeein Anion und x 0 oder eine ganze Zahl von 1 bis 7, wobei wenn X=2 oder grösser als 2 ist, die einzelnen Bedeutungen von Y unabhängig voneinander sind. Ae an anion and x 0 or an integer from 1 to 7, where if X = 2 or greater than 2, the individual meanings of Y are independent of one another.
Entsprechend der DE-PS 1 795 392 werden die Verbindungen der Formel (I) dazu verwendet, vernetzte Polyamid-amine durch Umsetzung mit sekundären Amiden herzustellen. According to DE-PS 1 795 392, the compounds of formula (I) are used to produce crosslinked polyamide amines by reaction with secondary amides.
In der DE-OS 3 111 386 wird die Umsetzung von Verbindungen der Formel (I), in welchen Z CH2Cl-CHOH- oder CH2Br-CHOH- bedeutet, mit mono- oder bifunktionalen Aminen beschrieben, wobei lineare Verbindungen erhalten werden, welche insbesondere als Flockulationsmittel und emulsionsberechende Mittel einsetzbar sind. DE-OS 3 111 386 describes the reaction of compounds of the formula (I) in which Z is CH2Cl-CHOH- or CH2Br-CHOH- with mono- or bifunctional amines, linear compounds being obtained, which in particular as Flocculants and emulsion calculating agents can be used.
Es wurde nun gefunden, dass verzweigte Verbindungen herstellbar sind durch Reaktion von polyfunktionalen Aminen mit Verbindungen der Formel (I). It has now been found that branched compounds can be prepared by reacting polyfunctional amines with compounds of the formula (I).
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von neuen verzweigten polykationischen Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Amin, welches mindestens drei reaktive Aminogruppen enthält, mit einer Verbindung der Formel (I) oder mit einem Umsetzungsprodukt der Verbindung der Formel (I) mit einem mono- oder bifunktionalen Amin, wobei dieses Umsetzungsprodukt mindestens noch eine Gruppe Z pro Molekül aufweist, oder mit einem The present invention relates to processes for the preparation of new branched polycationic compounds, characterized in that an amine which contains at least three reactive amino groups with a compound of the formula (I) or with a reaction product of the compound of the formula (I) with a mono - or bifunctional amine, this reaction product having at least one group Z per molecule, or with one
Gemisch solcher Verbindungen, umsetzt. Die Erfindung betrifft auch die derart hergestellten Verbindungen. Mixture of such compounds. The invention also relates to the compounds produced in this way.
Erfindungsgemässe Verbindungen können durch eine 5 Mehrzahl von Reaktionen beginnend mit der Herstellung der «Kupplungskomponente» der Formel (I) erhalten werden. Gemäss der DE-PS 1 795 392 wird diese Kupplungskomponente durch Umsetzung eines spezifischen Überschusses an Epihalohydrin, vorzugsweise Epichlorhydrin, mit einem molo nofunktionalen sekundären Amin, z.B. Dimethylamin oder einem bifunktionalen tertiären Amin, z.B. Tetramethyläthy-lendiamin oder einem Gemisch solcher Verbindungen erhalten. Um die Kupplungskomponente mit Halogenendgruppen zu erhalten, sollte das Amin mindestens teilweise in Salzform 15 vorliegen; um Epoxyendgruppen zu erhalten ist das freie Amin einzusetzen. Compounds according to the invention can be obtained by a plurality of reactions starting with the preparation of the “coupling component” of the formula (I). According to DE-PS 1 795 392, this coupling component is reacted by reacting a specific excess of epihalohydrin, preferably epichlorohydrin, with a molo nofunctional secondary amine, e.g. Dimethylamine or a bifunctional tertiary amine, e.g. Tetramethyläthy-lendiamin or a mixture of such compounds. In order to obtain the coupling component with halogen end groups, the amine should be at least partially in salt form 15; The free amine must be used to obtain epoxy end groups.
Monofunktionale Amine sind solche, die eine einzige reaktionsfähige Aminogruppe pro Molekül aufweisen; diese kann primär, sekundär oder tertiär sein. Binfunktionale oder 20 polyfunktionale Amine sind analogerweise solche mit 2 oder mehr nicht quaternären Aminogruppen pro Molekül, welche mit Epoxydgruppen oder Halogen reagieren können. Monofunctional amines are those that have a single reactive amino group per molecule; this can be primary, secondary or tertiary. Bifunctional or 20 polyfunctional amines are analogously those with 2 or more non-quaternary amino groups per molecule, which can react with epoxy groups or halogen.
Eine Kupplungskomponente mit 2 reaktiven Endgruppen, kann mit einem mono- oder polyfunktionalen Amin rea-25 gieren. Umsetzungen mit monofunktionalen tertiären Aminen ergeben endständige quaternäre Ammoniumgruppen die nicht weiter reagieren. Analogerweise ergeben Ammoniak oder monofunktionale primäre oder sekundäre Amine kationische Ammoniumsalzgruppen, die mit Halogen erst weiter 30 reagieren, wenn die entsprechende Amingruppe freigesetzt worden ist. Umsetzungen mit binfunktionalen Aminen können durch die Kontrolle der molaren Verhältnisse der Ausgangsmaterialien in solcher Weise kontrolliert werden, dass entweder freie Endgruppen entsprechend der Kupplungs-35 komponente oder freie Aminogruppen im Reaktionsprodukt erhalten werden. Bifunktionale Amine haben deshalb vor allem die Funktion, das Reaktionsprodukt durch Brückenbildung zu verlängern, obwohl es wie erwähnt auch eine Endgruppe bilden kann. A coupling component with 2 reactive end groups can react with a mono- or polyfunctional amine. Reactions with monofunctional tertiary amines result in terminal quaternary ammonium groups which do not react any further. Analogously, ammonia or monofunctional primary or secondary amines result in cationic ammonium salt groups which only react with halogen when the corresponding amine group has been released. Reactions with binfunctional amines can be controlled by controlling the molar ratios of the starting materials in such a way that either free end groups corresponding to the coupling component or free amino groups are obtained in the reaction product. Bifunctional amines therefore primarily have the function of extending the reaction product by bridging, although, as mentioned, it can also form an end group.
40 40
Ammoniak oder ein primäres oder sekundäres monofunktionales Amin kann auch mit mehr als nur einer Endgruppe einer Kupplungskomponente umgesetzt werden vorausgesetzt, dass nach der ersten Stufe der Umsetzung die 45 Aminogruppe wieder durch Neutralisation frei gesetzt wird. Auch ein polyfunktionales Amin kann zur Kettenverlängerung verwendet werden, wenn unter gegebenen Reaktionsbedingungen nur zwei Aminogruppen zur Reaktion befähigt sind. Ammonia or a primary or secondary monofunctional amine can also be reacted with more than just one end group of a coupling component, provided that after the first stage of the reaction, the 45 amino group is released again by neutralization. A polyfunctional amine can also be used for chain extension if only two amino groups are capable of reacting under the given reaction conditions.
50 Ein polyfunktionales Amin mit mindestens drei reaktiven Gruppen führt zu Kettenverzweigung des Reaktionsproduktes. Kettenverzweigung wird auch bei bifunktionalen Aminen erhalten, wenn eine Aminogruppe des bifunktionalen Amins zweimal mit einer Endgruppe der Kupplungskomponente 55 reagiert. Ammoniak oder ein monofunktionales primäres Amin vermag gar dreimal mit einer Kupplungskomponente zu reagieren. Die Anzahl der reaktiven Gruppen in einem Amin entspricht also der Anzahl der Kupplungskomponenten mit denen es in Reaktion treten kann. 50 A polyfunctional amine with at least three reactive groups leads to chain branching of the reaction product. Chain branching is also obtained with bifunctional amines when an amino group of the bifunctional amine reacts twice with an end group of coupling component 55. Ammonia or a monofunctional primary amine can even react three times with a coupling component. The number of reactive groups in an amine thus corresponds to the number of coupling components with which it can react.
60 Quervernetzte Produkte werden erhalten, wenn beide Enden der Kupplungskomponente mit polyfunktionalen Aminen umgesetzt werden. Vorzugsweise werden im Reaktionsprodukt Endgruppen durch Ammoniak oder monofunktionale Amine und Brückenglieder durch bifunktionale Amine 65 gebildet und Verzweigungen durch polyfunktionale Amine herbeigeführt. 60 cross-linked products are obtained when both ends of the coupling component are reacted with polyfunctional amines. In the reaction product, end groups are preferably formed by ammonia or monofunctional amines and bridge members are formed by bifunctional amines 65 and branchings are brought about by polyfunctional amines.
Bevorzugte Verbindungen der vorliegenden Erfindung entsprechen der Formel Preferred compounds of the present invention correspond to the formula
655 092 655 092
-Rh9ch- -Rh9ch-
11 11
oh Oh
-ch-oh -ch-oh
-ch; -ch;
"B—) "B—)
—ch9ch-k ài oh —Ch9ch-k ài oh
■V ■ V
(a® ) (a®)
m m
(il) (il)
worm worm
Cp einen Rest (a) Cp a remainder (a)
-CH; -CH;
r r
?1 ?1
fi fi
C ç C ç
-ch2- -ch2-
worin Ri, R2, Y und x die obige Bedeutung haben, B einen Rest der Formel (III) wherein R 1, R 2, Y and x have the above meaning, B is a radical of the formula (III)
D' zusammen mit den beiden eingezeichneten N-Atomen ein oder mehrere Ringsysteme bestehend aus 5- bis 7-Ring-gliedern, die gesättigt oder ungesättigt oder aromatisch sein io und weitere Stickstoffatome enthalten können, D 'together with the two N atoms shown, one or more ring systems consisting of 5- to 7-ring members which may be saturated or unsaturated or aromatic and may contain further nitrogen atoms,
R' und d die obige Bedeutung haben,' (a) p unabhängig voneinander 0 oder 1 und q 0 oder 1, wobei der Rest B im Falle p = q = o keine kationische Gruppen enthält, R 'and d have the above meaning,' (a) p independently of one another 0 or 1 and q 0 or 1, where the radical B in the case p = q = o contains no cationic groups,
i5 Z' unabhängig voneinander CH2-CH-, R8CH2-CHOH- i5 Z 'independently of one another CH2-CH-, R8CH2-CHOH-
\ / \ /
0 0
oder einen Rest der Formel (VII) or a radical of the formula (VII)
-k r -k r
(iii) (iii)
20IK R- 20IK R-
*© ■ N- * © ■ N-
ch, ch,
R' R '
-ch- -ch-
oh Oh
(VII) (VII)
r' r '
r' r '
25 25th
R' unabhängig voneinander Wasserstoff, Alkyl(Ci_2o), Alkenyl(C2_2o), Hydroxyalkyl(C2_6), Aralkyl oder einen Rest der Formel (IV) R 'independently of one another are hydrogen, alkyl (Ci_2o), alkenyl (C2_2o), hydroxyalkyl (C2_6), aralkyl or a radical of the formula (IV)
-CH — CH- -CH - CH-
2 l 2 l
■H ■ H
R5 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl, n eine ganze Zahl von 2 bis 150, vorzugsweise 2 bis 50, D Alkylen(C2_20), oder einen Rest der Formel (V) R5 independently of one another is hydrogen or methyl, n is an integer from 2 to 150, preferably 2 to 50, D alkylene (C2_20), or a radical of the formula (V)
Rg Brom oder Chlor, Rg bromine or chlorine,
R unabhängig voneinander Wasserstoff, Alkyl(C,_20), Alkenyl(C2_20), Hydroxyalkyl(C2_6), Cycloalkyl(C3_g), R independently of one another hydrogen, alkyl (C, _20), alkenyl (C2_20), hydroxyalkyl (C2_6), cycloalkyl (C3_g),
Phenyl, Aralkyl, Alkaryl oder einen Rest der Formel (IV), 30 oder zwei Reste R zusammen mit dem Stickstoffatom an das sie gebunden sind, einen gesättigten oder ungesättigten 5- bis 7gliedrigen Ring, welcher ein oder mehrere Sauerstoff- oder weitere Stickstoffatome enthalten kann und der gegebenen-(IV) falls Alkylsubstituenten in Positionen aufweist, die nicht be-35 nachbart zum quaternären Stickstoffatom sind, oder drei Reste R mit dem Stickstoffatom, an welches sie gebunden sind, einen polycyclischen Ring, welcher weitere Sauerstoff- oder Stickstoffatome enthalten kann, oder ein aromatisches Ringsystem, welches ein oder mehrere weitere Stickstoffatome ent-40 halten kann, Phenyl, aralkyl, alkaryl or a radical of the formula (IV), 30 or two radicals R together with the nitrogen atom to which they are attached, a saturated or unsaturated 5- to 7-membered ring which may contain one or more oxygen or further nitrogen atoms and where appropriate (IV) has alkyl substituents in positions that are not adjacent to the quaternary nitrogen atom, or three radicals R with the nitrogen atom to which they are attached, a polycyclic ring, which may contain further oxygen or nitrogen atoms , or an aromatic ring system which can contain one or more further nitrogen atoms,
Z' im weiteren einen Rest der Formel (VIII) Z 'furthermore a radical of the formula (VIII)
-(ch,) - (ch,)
2 d 2 d
-nr; -No;
rl rl
■(CH2)r ■ (CH2) r
(v) 45 (v) 45
r' r '
ch, ch,
R R
I I.
R' R '
ch 0h ch 0h
(VIII) (VIII)
e 1 bis 5, e 1 to 5,
d und f unabhängig voneinander 2 bis 5, d and f are independently 2 to 5,
R6 Wasserstoff, Alkyl(Ci_6), Hydroxyalkyl(C2.6), Haloal- 50 kyl(C|_6) oder einen Rest der Formel (b) R6 is hydrogen, alkyl (Ci_6), hydroxyalkyl (C2.6), haloal- 50 kyl (C | _6) or a radical of the formula (b)
X einen Rest der Formel (IX) r' X is a radical of the formula (IX) r '
— (CH ) - (CH)
2 g 2 g
R, R,
(CH2)h ~ (CH2) h ~
(b) (b)
n- KA'3-(ch 2^. n- KA'3- (ch 2 ^.
55 55
r' r '
r' '© r '' ©
n- n-
I I.
r' r '
(IX) (IX)
g und h unabhängig voneinander 0,1,2 oder 3 R7 ein 5- bis 7gliedriges Ringsystem, welches ganz oder teilweise ungesättigt sein kann und welches carbocyclisch oder ein Sauerstoff- und/oder Stickstoff enthaltender Hetero-cyclus sein kann, oder 60 g and h independently of one another 0, 1, 2 or 3 R7 are a 5- to 7-membered ring system which can be wholly or partly unsaturated and which can be carbocyclic or a heterocycle containing oxygen and / or nitrogen, or 60
B im weiteren einen Rest der Formel (VI) B furthermore a radical of the formula (VI)
(RnP *■ (RnP * ■
t<CH2»d " t <CH2 »d"
(VI) (VI)
worin jeweils R', e und f die obige Bedeutung haben, wobei für e - 1: where each R ', e and f have the above meaning, where for e - 1:
A' einen Rest der Formel (X) oder (XI) A 'is a radical of the formula (X) or (XI)
—^CH2^d—N— - ^ CH2 ^ d — N—
Rg—# (R')2- Rg— # (R ') 2-
(X). (X).
-fcH2^r fp— R' - -fcH2 ^ r fp— R '-
(XI), (XI),
655 092 655 092
wobei die dritte Bindung eine zusätzliche Bindung des Restes X darstellt, R9 Alkylen(Ci_5), und für e > 1 : jedes A' unabhängig voneinander einen Rest der Formeln (X), (XI) oder (XII) wherein the third bond represents an additional bond of the radical X, R9 alkylene (Ci_5), and for e> 1: each A 'independently of one another a radical of the formulas (X), (XI) or (XII)
—fch^NR1 - —Fch ^ NR1 -
(XII) (XII)
wobei nicht alle A' einen Rest der Formel (XII) bedeuten, oder X einen Rest der Formel (XIII) where not all A 'is a radical of the formula (XII), or X is a radical of the formula (XIII)
R' R '
1®- 1®-
R1 R1
Q eine 3- bis 7-wertigen Kohlenwasserstoffrest, oder X einen 3fach- oder 4fach substituierten Rest von Hexa-methylentetramin Q is a 3- to 7-valent hydrocarbon radical, or X is a 3-fold or 4-fold substituted radical of hexamethylene tetramine
k 0 oder eine ganze Zahl von vorzugsweise 1 bis 10, vorzugsweise 0 oder ejne ganze Zahl von 1 bis 5, vorzugsweise Ooderl, k 0 or an integer of preferably 1 to 10, preferably 0 or an integer of 1 to 5, preferably Ooderl,
y eine ganze Zahl von 3 bis 7, vorzugsweise 3 oder 4 Ae ein Anion, y is an integer from 3 to 7, preferably 3 or 4 Ae an anion,
m eine ganze Zahl gleich der Anzahl der kationischen m is an integer equal to the number of cationic
Stellen im Molekül bedeuten. Mean places in the molecule.
Die molaren Verhältnisse der Reaktionskomponenten sind vorzugsweise so, dass man pro Mol des polyfunktionalen Amins mindestens 1 Mol der Verbindung der Formel (I) einsetzt, um eine genügende Verzweigung zu erhalten, wobei man verbleibende Endgruppen Z ggf. mit weiterem, vorzugsweise monofunktionalem Amin umsetzt. In diesem Sinne berechnet man die molaren Verhältnisse in bekannter Weise so, dass die gewünschte Verzweigung erhalten wird und Endgruppen Z ggf. anschliessend ausreagiert werden. The molar ratios of the reaction components are preferably such that at least 1 mol of the compound of the formula (I) is used per mole of the polyfunctional amine in order to obtain sufficient branching, the remaining end groups Z optionally being reacted with further, preferably monofunctional amine. In this sense, the molar ratios are calculated in a known manner in such a way that the desired branching is obtained and end groups Z are subsequently reacted, if appropriate.
Es ist selbstverständlich, dass in jeder Verbindung gleich viele kationische und anionische Gruppen vorhanden sind, auch wenn das Anion wie z.B. im Rest A nicht ausdrücklich angegeben ist. Die Angabe des Anions ist in vielen Fällen der Einfachheit halber weggelassen. Alle Symbole, welche in einer Formel mehr als einmal erscheinen, haben in der Regel eine voneinander unabhängige Bedeutung, es sei denn, das Gegenteil sei bestimmt. It goes without saying that the same number of cationic and anionic groups are present in each compound, even if the anion, e.g. is not expressly stated in rest A. In many cases, the specification of the anion is omitted for the sake of simplicity. All symbols that appear more than once in a formula generally have an independent meaning, unless the opposite is determined.
Im Rest Cp bedeuten R! und R2 vorzugsweise Methyl und x unabhängig voneinander Null oder 1, vorzugsweise 1 und y 2-Hydroxy-l,3-propylen. In the rest Cp mean R! and R2 preferably methyl and x independently of one another zero or 1, preferably 1 and y 2-hydroxy-1,3-propylene.
B bedeutet vorzugsweise einen Rest der Formel (III), worin R' unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl und D vorzugsweise D", d.h. Alkylen(C2_]2), vorzugsweise -C2H4-, {CH2)-6 oder -fCH^ oder einen Rest der Formel (V), in welchem e = 1, d und f unabhängig voneinander vorzugsweise 2 oder 3 und Rg Wasserstoff bedeutet. Bedeutet B einen Rest der Formel VI, so bildet D' zusammen mit den beiden Stickstoffatomen vorzugsweise einen Piperazin-Ring, wobei p = 1, R' Wasserstoff, d=2 und q=0 oder 1 bedeutet. B preferably denotes a radical of the formula (III) in which R 'independently of one another is hydrogen or methyl and D preferably D ", ie alkylene (C2_] 2), preferably -C2H4-, {CH2) -6 or -fCH ^ or a radical of the formula (V) in which e = 1, d and f independently of one another are preferably 2 or 3 and Rg is hydrogen.If B is a radical of the formula VI, D 'together with the two nitrogen atoms preferably forms a piperazine ring, where p = 1, R 'is hydrogen, d = 2 and q = 0 or 1.
Von den Resten der Formel (III) sind im weiteren solche bevorzugt, wo ein R' Alkyl(C8_20), vorzugsweise Alkyl(Cu_15) und die übrigen drei R' Wasserstoff bedeuten, und D die oben für D" angegebene Bedeutung hat. Of the radicals of the formula (III), preference is further given to those where one R 'is alkyl (C8-20), preferably alkyl (Cu_15) and the other three R' are hydrogen, and D has the meaning given above for D ".
5 Z' bedeutet vorzugsweise einen Rest der Formel (VII). Bevorzugt sind dabei Reste, worin sämtliche Substituenten R von Wasserstoff verschieden sind und vorzugsweise Alkyl (Ci-2o) oder Hydroxyalkyl(C2_6) bedeuten. Bevorzugte sind solche, in welchen entweder alle Substituenten R Hydroxyal-10 kyl(C2_4), insbesondere Hydroxyäthyl, oder ein R Alkyl (Q-ib), insbesondere Alkyl(Cio_14), und die beiden anderen R Alkyl(Ci_4), vorzugsweise Methyl, oder Hydroxyalkyl(C2^), vorzugsweise Hydroxyäthyl, bedeuten. 5 Z 'preferably denotes a radical of the formula (VII). Preferred radicals are those in which all the substituents R are different from hydrogen and are preferably alkyl (Ci-2o) or hydroxyalkyl (C2_6). Preferred are those in which either all substituents R hydroxyal-10 kyl (C2_4), in particular hydroxyethyl, or one R alkyl (Q-ib), in particular alkyl (Cio_14), and the other two R alkyl (Ci_4), preferably methyl, or hydroxyalkyl (C2 ^), preferably hydroxyethyl.
Z' bedeutet im weiteren vorzugsweise solche Reste der 15 Formel (VII), in welchen 1 oder 2 Substituenten R Wasserstoff und die übrigen R Alkyl(Ci_20), Hydroxyalkyl(C2_6) oder Benzyl bedeuten.Insbesondere sind Reste Z' bevorzugt, welche mindestens eine Alkyl (Cg_i8)-Gruppe aufweisen, wie z.B. Derivate von Kokosnuss- oder gehärtete Talgfettsäure-20 Aminen. Z 'furthermore preferably denotes those radicals of the formula (VII) in which 1 or 2 substituents R are hydrogen and the other R are alkyl (Ci_20), hydroxyalkyl (C2_6) or benzyl. In particular, radicals Z' are preferred which have at least one Have alkyl (Cg_i8) group, such as Derivatives of coconut or hardened tallow fatty acid 20 amines.
Jedes Molekül enthält gleich viel Anionäquivalente wie kationische Gruppen. Die Natur des Anions ist unkritisch, doch wird als Anion vorzugsweise immer dasjenige verwendet, welches als Folge der Reaktionsprodukte im Endprodukt 25 erscheint, bei der Umsetzung mit Epichlorhydrin also Cle. Das Anion kann aber mit an sich bekannten Methoden gegen ein anderes gewünschtes Anion auch teilweise ohne weiteres ausgetauscht werden. Each molecule contains the same number of anion equivalents as cationic groups. The nature of the anion is not critical, but the anion which is preferably used is that which appears in the end product 25 as a result of the reaction products, ie Cle when reacting with epichlorohydrin. However, the anion can also be exchanged in part with another desired anion using methods known per se.
Das Symbol Ae steht jeweils für ein Anionäquivalent, als 30 beispielsweise bei einem polyvalenten Anion S04ee, für '/2 S04ee The symbol Ae stands for an anion equivalent, such as 30 for a polyvalent anion S04ee, for '/ 2 S04ee
Bei den kationischen Gruppen ist zwischen quaternierten und protonierten kationischen Gruppen zu unterscheiden. Behandelt man eine protonierte kationische Gruppe mit Base, 35 so verwandelt sich diese in eine sekundäre oder tertiäre Amin-gruppe. Dies ergibt natürlich Unterschiede in der Säure/Base-Funktion und der Wasserlöslichkeit der Verbindung und liefert in Bezug auf die protonierten Verbindungen weitere reaktive Gruppen, die mit der Kupplungskomponente umgesetzt 40 werden können. In the case of the cationic groups, a distinction must be made between quaternized and protonated cationic groups. Treating a protonated cationic group with base 35 transforms it into a secondary or tertiary amine group. Of course, this results in differences in the acid / base function and the water solubility of the compound and, in relation to the protonated compounds, provides further reactive groups which can be reacted with the coupling component.
Erfmdungsgemäss können durch genaue Kontrolle der Ausgangsmaterialien, deren molarer Verhältnisse in jeder Verfahrensstufe, der Reaktionsbedingungen wie der Temperatur oder des pH-Wertes, die Endprodukte sehr gezielt her-45 gestellt werden. According to the invention, the end products can be produced in a very targeted manner by precise control of the starting materials, their molar ratios in each process stage, the reaction conditions, such as the temperature or the pH.
Die Eigenschaften der Verbindungen der Formel (II) hängen vor allem von der Kettenlänge, deren Verzweigung und Vernetzung, der kationischen Gruppen und der Art der Substituenten ab. So ist es z.B. möglich, die Verbindung der For-50 mei (II) wasserunlöslich zu machen durch Einführung einer relativ grossen Zahl lipophiler Reste, während andererseits die Verbindung der Formel (II) bei kurzkettigen Substituenten in der Regel wasserlöslich sein wird. Natürlich können auch verschiedene Amine der Formeln (IX, X und XI), ent-55 sprechend den Eigenschaften, die das Endprodukt aufweisen soll, mit der Kupplungskomponente zur Reaktion gebracht werden. The properties of the compounds of the formula (II) depend above all on the chain length, their branching and crosslinking, the cationic groups and the nature of the substituents. So it is e.g. possible to make the compound of For-50 mei (II) water-insoluble by introducing a relatively large number of lipophilic residues, while on the other hand the compound of formula (II) will generally be water-soluble in the case of short-chain substituents. Various amines of the formulas (IX, X and XI) can of course also be reacted with the coupling component in accordance with the properties which the end product is to have.
Die Verbindungen der Formel (II) sind besonders wertvoll für den Einsatz als Flockulationsmittel oder als emul-60 sionsbrechende Mittel für Öl-in-Wasser- oder Wasser-in-Öl-Emulsionen. The compounds of the formula (II) are particularly valuable for use as flocculating agents or as emulsifying agents for oil-in-water or water-in-oil emulsions.
Die Reaktionsbedingungen für die Herstellung der erfin-dungsgemässen Verbindungen hängen sowohl von dem gewünschten Endprodukt wie auch von den Eigenschaften der 65 Ausgangsmaterialien oder bei stufenweisem Aufbau von denen der Zwischenprodukte ab. Im Falle der Verwendung von reaktionsfreudigen Aminen ist die Umsetzung in der Regel exotherm, auch wenn die Kupplungskomponente in wässri The reaction conditions for the preparation of the compounds according to the invention depend both on the desired end product and on the properties of the starting materials or, in the case of a gradual build-up, on those of the intermediates. If reactive amines are used, the reaction is generally exothermic, even if the coupling component is in aqueous
ger Lösung vorliegt. In diesem Falle wird man durch langsame Zugabe eines Reaktionspartners die Reaktion steuern können, wobei ev. durch zusätzliche Kühlung die Reaktion unter Kontrolle zu halten ist. Die Anfangstemperaturen liegen gewöhnlich zwischen 0 und 100 °C, vorzugsweise bei 20 bis 60 °C. Die obere Temperaturgrenze richtet sich weitgehend nach dem Siedepunkt des verwendeten Amins wie auch nach dem gewünschten Endprodukt. In gewissen Fällen mag die eine oder andere Reaktionskomponente oder auch beide in wässriger Lösung vorliegen oder in Anwesenheit von Wasser umgesetzt werden. In anderen Fällen wieder wird die Abwesenheit von Wasser von Vorteil oder notwendig sein. Man kann aber auch organische Lösungsmittel, vorzugsweise polare organische Lösungsmittel, für die Umsetzung verwenden. ger solution is available. In this case, the reaction can be controlled by slowly adding a reaction partner, the reaction possibly being kept under control by additional cooling. The initial temperatures are usually between 0 and 100 ° C, preferably 20 to 60 ° C. The upper temperature limit depends largely on the boiling point of the amine used and on the desired end product. In certain cases, one or the other reaction component or both may be in aqueous solution or may be reacted in the presence of water. In other cases, the absence of water will be beneficial or necessary. However, organic solvents, preferably polar organic solvents, can also be used for the reaction.
Enthält die Kupplungskomponente Epoxiendgruppen, so reagieren diese mit tertiären Aminen nur in Gegenwart von Protonenspendern, wie z.B. protonierten tertiären Aminen. Die Reaktion führt man vorzugsweise in leicht saurem Medium aus oder in einem protonenspendenden Lösungsmittel. Vorzugsweise enthält die Kupplungskomponente Halogenendgruppen und die Reaktionsbedingungen sind schwach sauer bis neutral. If the coupling component contains epoxy end groups, they only react with tertiary amines in the presence of proton donors, e.g. protonated tertiary amines. The reaction is preferably carried out in a slightly acidic medium or in a proton-donating solvent. The coupling component preferably contains halogen end groups and the reaction conditions are weakly acidic to neutral.
Amine mit geringer Reaktionsfähigkeit oder geringer Wasserlöslichkeit erfordern meist eine sorgfaltige Kontrolle des pH-Wertes während der Umsetzung. Ein polares Lösungsmittel ist gewöhnlich für eine gute Verteilung im Reaktionsmedium von Vorteil. Normalerweise wird es günstig sein, die Reaktionskomponenten bei Raumtemperatur zu mischen und durch Erhöhen der Temperatur die Reaktion in Gang zu setzen. Für reaktionsträge Amine wird die Reaktionstemperatur im allgemeinen höher sein als bei reaktionsfähigeren. Durch diese genannten Faktoren wird zusätzlich die Wahl des am besten geeigneten Lösungsmittels beein-flusst, dessen Siedepunkt mindestens so hoch sein soll wie die Reaktionstemperatur. Die Reaktionstemperatur liegt in der Regel zwischen 60 und 100 °C. Geeignete Lösungsmittel sind z.B. niedere Alkohole, wie z.B. Äthanol oder n- oder Isopro-panol, Glykole, wie Äthylenglykol oder deren Äther. Das Lösungsmittel kann, falls gewünscht, abdestilliert werden oder bei stufenweiser Umsetzung weiterhin in der Reaktionsmasse verbleiben oder u.U. eine Komponente des Endproduktes bilden. Die Kontrolle des Reaktionsverlaufes kann z.B. durch Messung des Verbrauchs des Amins oder der Kupplungskomponente erfolgen, wobei man an sich bekannte analytische Methoden verwendet. Amines with low reactivity or low water solubility usually require careful control of the pH during the reaction. A polar solvent is usually advantageous for good distribution in the reaction medium. It will usually be convenient to mix the reaction components at room temperature and start the reaction by increasing the temperature. For inert amines, the reaction temperature will generally be higher than for more reactive ones. These factors also influence the choice of the most suitable solvent, the boiling point of which should be at least as high as the reaction temperature. The reaction temperature is usually between 60 and 100 ° C. Suitable solvents are e.g. lower alcohols, e.g. Ethanol or n- or isopropanol, glycols, such as ethylene glycol or their ether. If desired, the solvent can be distilled off or, in the case of a gradual reaction, can remain in the reaction mass or possibly. form a component of the end product. The control of the course of the reaction can e.g. by measuring the consumption of the amine or the coupling component, using known analytical methods.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Teile bedeuten Gewichtsteile und Grade Celsiusgrade. The following examples illustrate the invention. Parts mean parts by weight and degrees Celsius degrees.
Beispiel aj-c): Herstellung einer Kupplungskomponente.Beispiel a): Kupplungskomponente mit endständigem Halogen. Example aj-c): Production of a coupling component. Example a): Coupling component with halogen at the end.
Zu einer Mischung von 3514 Teilen entionisiertem Wasser und 1131 Teilen einer 60%igen Dimethylaminlösung werden langsam 882 Teile 30%iger Salzsäure zugetropft, wobei die Temperatur bei 35-40° gehalten wird. Dem Gemisch werden nun unter Rühren 2093 Teile Epichlorhydrin langsam zugesetzt. Durch Kühlung wird die Temperatur bei 35-40° gehalten. Nach Beendigung der Zugabe wird die Mischung noch weitere 8 Stunden bei dieser Temperatur belassen und dann auf Raumtemperatur gekühlt. Man erhält ein 3:2 Additionsprodukt, das 2 Anion äquivalente Chlorid und 2 Mol ni-chtionogenes aktives Chlorid pro Mol Reaktionsprodukt enthält. 882 parts of 30% hydrochloric acid are slowly added dropwise to a mixture of 3514 parts of deionized water and 1131 parts of a 60% dimethylamine solution, the temperature being kept at 35-40 °. 2093 parts of epichlorohydrin are now slowly added to the mixture with stirring. The temperature is kept at 35-40 ° by cooling. After the addition has ended, the mixture is left at this temperature for a further 8 hours and then cooled to room temperature. A 3: 2 addition product is obtained which contains 2 anion-equivalent chloride and 2 mol of non-ionic active chloride per mol of reaction product.
Beispiel b) Example b)
104,3 Teile 35%iger wässriger Salzsäure werden langsam zu 150 Teilen 60%igem wässrigem Dimethylamin unter Rühren und Kühlen zugesetzt, so dass die Temperatur nicht über 40° steigt. Abschliessend werden 277,5 Teile Epichlorhydrin 104.3 parts of 35% aqueous hydrochloric acid are slowly added to 150 parts of 60% aqueous dimethylamine with stirring and cooling so that the temperature does not rise above 40 °. Finally, 277.5 parts of epichlorohydrin
7 655 092 7 655 092
bei einer Temperatur von 35-40° langsam zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wird eine weitere Stunde bei 50° gerührt und über Nacht stehen gelassen. slowly added at a temperature of 35-40 °. The reaction mixture is stirred for a further hour at 50 ° and left to stand overnight.
s Beispiel c): Kupplungskomponente mit endständigen Epoxi-gruppen. s Example c): Coupling component with terminal epoxy groups.
Zu 50 Teilen Tetramethyläthylendiamin werden 50 Teile Wasser unter Kühlung zugetropft. Abschliessend werden 79,8 Teile Epichlorhydrin mit solch einer Geschwindigkeit zuge-io setzt, dass die Reaktionstemperatur bei 35-40° gehalten wird. Nach der Zugabe von ca. 25% der Gesamtmenge von Epichlorhydrin, wird das Reaktionsgemisch viskos und trübe. Weitere 80 Teile Wasser werden zugesetzt, so dass das Reaktionsgemisch klar und verdünnt wird. Die Zugabe von Epi-i5 chlorhydrin wird nun über 2-3 Stunden bis zur Beendigung forgesetzt. Die Reaktionsmasse wird abschliessend für 2 Stunden auf 40° und für weitere 2 Stunden auf 60° erhitzt. 50 parts of water are added dropwise with cooling to 50 parts of tetramethylethylenediamine. Finally, 79.8 parts of epichlorohydrin are added at such a rate that the reaction temperature is kept at 35-40 °. After adding about 25% of the total amount of epichlorohydrin, the reaction mixture becomes viscous and cloudy. Another 80 parts of water are added so that the reaction mixture is clear and diluted. The addition of Epi-i5 chlorohydrin is now continued for 2-3 hours until the end. The reaction mass is then heated to 40 ° for 2 hours and to 60 ° for a further 2 hours.
Beispiele 1-3, Verzweigungsreaktionen. 20 Beispiel 1 Examples 1-3, branching reactions. 20 Example 1
Zu dem Reaktionsgemisch erhalten in Beispiel a) werden bei einer Temperatur von 85° 103 Teile Diäthylendiamin während einer Dauer von 1 Stunde zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wird 18 Stunden lang bei 90° gehalten, bis die Analyse 25 einen Maximalgehalt an anionischem Chlorid und damit auch einen erhöhten Verzweigungsgrad aufzeigt. 103 parts of diethylenediamine are added to the reaction mixture obtained in Example a) at a temperature of 85 ° over a period of 1 hour. The reaction mixture is kept at 90 ° for 18 hours until analysis 25 shows a maximum content of anionic chloride and thus also an increased degree of branching.
Beispiel 2 Example 2
Dem wässrigen Reaktionsgemisch erhalten gemäss Bei-30 spiel b) werden bei 70° während 30 Minuten 140 Teile einer 25%igen wässrigen Lösung von Hexamethylentetramin zugetropft. Anschliessend wird das Reaktionsgemisch während 2 Stunden auf 95° erwärmt und weitere 4 Stunden bei dieser Temperatur belassen, wobei der Gehalt an anionischem 35 Chlorid ein Maximum erreicht. 140 parts of a 25% strength aqueous solution of hexamethylenetetramine are added dropwise to the aqueous reaction mixture obtained in Example 30 b) at 70 ° over 30 minutes. The reaction mixture is then heated to 95 ° for 2 hours and left at this temperature for a further 4 hours, the anionic chloride content reaching a maximum.
Beispiel 3 Example 3
Zu 400 Teilen der wässrigen Lösung erhalten gemäss Beispiel a) werden bei 90° 25 Teile Tetraäthylenpentamin lang-40 sam zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wird solange bei 90° belassen, bis der Gehalt an anionischem Chlorid ein Maximum erreicht. Man erhält ein verzweigtes völlig ausreagiertes Produkt. 25 parts of tetraethylene pentamine are slowly added to 400 parts of the aqueous solution obtained according to Example a) at 90 °. The reaction mixture is left at 90 ° until the anionic chloride content reaches a maximum. A branched, fully reacted product is obtained.
4S Beispiel 4 4S example 4
Das Produkt erhalten gemäss Beispiel 3 wird bei 90° mit 59 Teilen Triäthanolamin während 1 Stunde versetzt. Das Reaktionsgemisch wird bis zur Beendigung der Reaktion bei dieser Temperatur belassen. Die reaktiven Endgruppen des 50 Ausgangsproduktes sind nun vollständig mit Triäthanolamin umgesetzt. The product obtained according to Example 3 is mixed with 90 parts of triethanolamine at 90 ° for 1 hour. The reaction mixture is left at this temperature until the reaction has ended. The reactive end groups of the starting material are now completely implemented with triethanolamine.
Beispiel 5 Example 5
Das Produkt erhalten in Beispiel 3 wird bei 30° gerührt 55 und mit 19,2 Teilen einer 35%igen wässrigen Ammoniaklösung während einer Stunde versetzt. Das Reaktionsgemisch wird eine weitere Stunde bei 50° gerührt, wobei die Reaktion dann beendet ist. The product obtained in Example 3 is stirred at 30 ° 55 and mixed with 19.2 parts of a 35% aqueous ammonia solution over an hour. The reaction mixture is stirred for a further hour at 50 °, the reaction then being complete.
60 Beispiel 6 60 Example 6
Zum Produkt aus Beispiel 3 werden unter Rühren bei 40° 14,8 Teile einer 60%igen wässrigen Dimethylamidlösung über einen Zeitraum von einer Stunde zugefügt. Das Gemisch wird während einer weiteren Stunde bei 60° gerührt, wobei die 65 Reaktion beendet ist. 14.8 parts of a 60% aqueous dimethylamide solution are added to the product from Example 3 with stirring at 40 ° over a period of one hour. The mixture is stirred at 60 ° for a further hour, the 65 reaction having ended.
Beispiel 7 Example 7
Das Produkt aus Beispiel 3 wird bei 70° gerührt und mit The product from Example 3 is stirred at 70 ° and with
655 092 655 092
42,2 Teilen eines Dimethylalkylamingemisches während 30 Minuten versetzt. Dieses Amingemisch enthält Amine der Formel 42.2 parts of a dimethylalkylamine mixture were added over 30 minutes. This amine mixture contains amines of the formula
RcN(CH3), RcN (CH3),
worin Rc Alkyl bedeutet mit der folgenden Zusammensetzung: where Rc is alkyl with the following composition:
Alkyl C6 0,5 Teile; (C8): 0,8 Teile; (CI0): 7,0 Teile; (CI2): 50,0 Teile; (C14): 18,0 Teile; (CI6): 8,0 Teile; (CI8): 1,5 Teile. Alkyl C6 0.5 parts; (C8): 0.8 parts; (CI0): 7.0 parts; (CI2): 50.0 parts; (C14): 18.0 parts; (CI6): 8.0 parts; (CI8): 1.5 parts.
8 8th
Die Reaktion wird während einer weiteren Stunde während 70° gehalten, anschliessend auf 90° erwärmt und weiteren 4 Stunden gerührt. Ein klares Produkt wird erhalten. Die Produkte der Beispiele 1-7 können in Konzentrationen von 5 500-5000 ppm verwendet werden, um Öl in Wasseremulsionen, wie beispielsweise ölverschmutzte Abwässer oder Abfalle von fett- und ölhaltigen Kühl/Schmiermittel der Metallindustrie zu brechen. The reaction is held at 70 ° for a further hour, then heated to 90 ° and stirred for a further 4 hours. A clear product is obtained. The products of Examples 1-7 can be used in concentrations of 5,500-5,000 ppm to break oil in water emulsions, such as, for example, oil-contaminated wastewater or waste from grease and oil-containing coolants / lubricants in the metal industry.
10 10th
C C.
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